5G时代已经拉开了序幕。就在今年3月初，中国移动启动23万个5G基站的集中采购，滤波器行业开启了千亿元“大蛋糕”。
作为信号基站的核心器件，滤波器主要作用是使发送和接收信号中特定的频率成分通过，天富平台极大衰减其他频率成分。5G时代，面对无线环境干扰愈加复杂的情况，陶瓷介质滤波器应运而生，其发展速度远超金属腔体滤波器，一骑绝尘。
“实际上微波介质陶瓷在国内到了爆发的阶段，”致力于于高性能电子功能陶瓷研究工作20余年的中南大学粉末冶金研究院博士生导师刘绍军教授表示，目前业界对于微波介质陶瓷的基础研究热度已然下降，“基础研究成果开始往产业界转移了。”
作为中国信息功能电子陶瓷和陶瓷增材制造领军人物之一，喜欢刨根问底的刘绍军对于基础研究有着深深的热爱。赴美求学的经历，更坚定了他投身基础研究的想法，并最终带着这份信念回到了国内。 5G时代推动了陶瓷介质滤波器的发展，在与国内企业的合作中，他更深刻地感受到了基础研究的魅力。
01
“基础研究魅力无穷”
在刘绍军的简历上，有着一连串的研究方向名称。
好奇心强烈的他，在大学期间就开始“折腾”，不断拓视新领域。本科专业就读的是中南工业大学材料科学与工程专业，研究生阶段则选择了我国具有很高知名度的中南工业大学粉末冶金专业。
正是缘于研究生期间的专业学习，他接触到了粉末冶金和金属注射成型技术领域。刘绍军提到他非常幸运，所在的课题组一直是顶尖团队。在中南工业大学粉末冶金研究所期间，他师从国内著名的粉末冶金专家，黄伯云院士和曲选辉教授，周围也聚集了一大帮优秀的师兄弟。
硕士毕业后，刘绍军萌生了出国深造的想法， 1999年凭借优异的成绩拿到了全额奖学金前往美国亚利桑那州立大学攻读博士学位。在亚利桑那州立大学师从的是在半导体材料研究享有世界声誉的Nathan Newman教授，他也是为数不多的同时为美国物理学会和IEEE学会Follow的学者。当时，他刚刚从美国西北大学过来，同时也带来了2个有关微波陶瓷和陶瓷滤波器的基金项目。这也是刘绍军博士学位论文的主要研究内容。这时起，他一头扎入了电子陶瓷领域，一晃眼就是20年。
“我喜欢做一些刨根问底的东西。”刘绍军的博士生导师Newman教授对探索材料物理起源相关的问题非常执着，材料机理相关的研究也非常透彻，对材料从制备工艺、材料表征、结构表征和性能表征之间相互的关联性的理解，做得非常深，这深刻地影响了刘绍军对基础研究的看法。
在亚利桑那州立大学期间，Newman教授正处在职业生涯的高峰时期，整个课题组的战斗力也非常强悍。在这段时间，刘绍军在科学思维、研究能力、实验操作能力和严谨性等方面，都得到了非常系统和严格的训练。这些训练养成的科研习惯也延续至今。
在与企业的合作中，他进一步感受到基础研究的魅力。通过机理的方式解剖材料，好处是能在实际工程领域快速找到问题的关键并提出解决难题的方法。
令刘绍军记忆深刻的是与深圳大富科技合作研发陶瓷滤波器的那段时期。大富科技是国内较早做陶瓷滤波器项目的企业之一，彼时他们选择研发的是钛酸钙和铝酸钕微波陶瓷体系，烧结难度很大，花了大半年时间一直没有取得实质性进展。刘绍军接手项目初期，对这材料也比较陌生，但凭借多年俯身基础研究锻炼的理学逻辑思维，他还是很快找到了症结所在。
熟悉陶瓷烧结机理研究的刘绍军清楚，烧结本质是原子扩散的过程，他快速找到了多种方式来解决难题。通过降低粉末粒度，优化粒径分布以及通过成分设计等各方面的工艺改进，最终顺利完成了烧结。
(Ca,Nd)(Ti,Al)O3外延薄膜/LaAlO3异质结构的选取电子衍射及高分辨透射电镜图
这样的甜头不止一次。在与南方航空动力的一次合作中，对方想合成具有特定粉末粒度分布的材料。通常为获得特定粒度分布的粉末，需要把不同粒径、大小的粉末进行分筛，细分出很窄的粒度范围后再进行调配，进而通过测试得到曲线，如此至少要花费半年的时间。
而经常做材料晶体结构分析的刘绍军灵光一闪，联想到X射线衍射Kα衍射峰的双线分离。采用逆向思维的方法，天富平台网站利用2种不同正态分布的粉末，以计算机模拟的方式获得对应的分配曲线，很快就调配出所需粒度分布曲线的粉末。这令中航工业南方航空动力的工程师惊讶不已。
亚微米结构Ba(Zn1/3Ta2/3)O3微波陶瓷有序畴结构的高分辨电镜照片
刘绍军感叹道，国内材料大而不强，实则有待加强基础研究的“源头供给”。
02
“紧盯可以落地的基础研究”
除了深刻剖析材料结构，刘绍军还认为，作为连接基础科学和应用科学的桥梁，材料科学与工程学科具有其鲜明的特色，也决定了材料科学基础研究成果应当具备很好的应用背景。刘绍军教授课题组也一直在开展有很强应用背景且能落地的新材料研究方向。
2007年9月，在美国完成博士学位和博士后训练后，刘绍军回到国内，继续电子陶瓷的研究工作。在此期间，他主持完成了包括国家自然科学基金项目、粉末冶金国家重点实验室自主课题和开放课题、深圳市重点科技攻关计划项目和深圳市自然科学基金项目等在内的多个基金项目，展开对电子陶瓷的基础和应用基础研究。虽然与企业的合作不多，但刘绍军始终盯着有强大应用背景的材料基础研究。
他认为信息功能陶瓷是移动通信中的革命性材料，应用领域及其广泛，可以实现机械能和电能转化、光能和电能转化、热能和电能转化等。移动通讯需要微波传输和接收，微波通讯基站首当其冲，其核心就是微波电子陶瓷所制备的滤波器和天线。
“可以说，电子陶瓷材料是信息时代的基石。”刘绍军对《大国之材》说道。他带领的项目组针对功能电子陶瓷在移动通信中的应用展开了深入的材料基础研究。
实际上，回到国内后，刘绍军意识到国内在电子陶瓷材料产业方面的发展仍比较滞后，他一直寻找机会想宣传和推广微波陶瓷材料在微波通信基站上的应用，然而国内整体市场还不够成熟，并没有人“搭理”他。
不过，随着5G时代的来临，近两年刘绍军与企业打交道的次数渐渐多了起来。他发现一个现象，从基础研究角度看，在欧美日韩等微波陶瓷发达地区开展微波介质陶瓷基础研究的团队已经开始减少。“通常而言，假如一款材料的基础研究不热门了，只有两个原因。一是大家觉得这材料近期内没前途了，二是大家认为基础研究工作已经大体完成，相关研究成果开始转移到产业界去了。”刘绍军说道。
刘绍军感觉到，微波介质陶瓷已经进入到爆发的阶段。近些年的数据也佐证了他的预感。相关数据显示，2014年，中国微波介质陶瓷行业市场规模为18.9亿元，至2018年中国微波介质陶瓷市场规模达到41.8亿元，2014年至2018年，年复合增长率达到21.9%。
因此，他也在抓紧与相关企业合作，将研究成果推向落地。事实上，在深圳市重点科技计划项目支持下，项目组合作开发的一款陶瓷滤波器产品已通过了华为公司的商业合格认证，正在批量生产。
项目组合作研发的已通过华为商业合格认证的应用于6-8G频段的陶瓷滤波器
除了电子陶瓷，刘绍军近两年关注的另一个重要方向是陶瓷增材制造技术。实际上，增材制造的概念在上世纪90年代已出现，从原材料区分来看，增材制造包括高分子增材制造、金属增材制造和陶瓷增材制造。陶瓷增材制造因陶瓷的难成型性，发展明显落后于前两者。但基于以前对注塑成型的研究经验和对电子陶瓷的了解，刘绍军还是在短时间内成功介入了陶瓷增材制造领域。
在他看来，陶瓷增材制造相对于高分子和金属增材制造，品种更多，应用范围更广。除了可以打印结构陶瓷，在信息功能陶瓷和光子晶体制备等领域也拥有广阔的应用面，在医疗领域也有发挥的舞台。
利用项目组自主设计和制备的光固化增材制造机打印和烧结的致密氮化硅陶瓷
“只要解决了陶瓷增材制造的生产速度和成本问题，它就变为常规的材料制备技术，并演变成真正革命化的技术。”刘绍军憧憬道。
03
“做强材料需转变观念”
近两年，刘绍军在与企业合作时也遇到了不少“摩擦”。
“刚开始的合作不是特别愉快。”刘绍军有些感慨。他对《大国之材》表示，很多企业追求的是“短、平、快”的项目。比如一些做代工的企业，任务节点十分明确。
而高端材料如半导体材料、高性能功能电子陶瓷等需要深厚积累，达到质量稳定、高成品率和高性能才能真正满足客户的需求。积累则意味着需要资金、时间和人力的持续高强度投入，这时候材料研究人员与企业的矛盾便出现了。
刘绍军分析道，材料的好坏由很多因素决定。如原材料的产出、设备、人员素质、管理水平等，某一环节产生一个小误差就会传递到下游，如果细小误差进行叠加，最终就会产生大影响。
他以航空发动机的涡轮盘举例。涡轮盘是经典的粉末冶金工艺，包括原材料制粉、粉末处理、热等静压、挤压成型等多个工艺，这些都对材料制备、设备控制、人员素质、管理水平甚至下游应用有着很严格的要求。
“为什么现在国内很多材料能做出来，却质量稳定性不足？材料工艺水平在很大程度上体现了一个国家工业技术的水平。”刘绍军对《大国之材》表示。材料的研制工作不一定是花费时间够长就可以的，基于扎扎实实做事基础上的持续高强度投入才能缩小与国外的差距。
“教育理念和思维方式都需要转变。”
在教育层面，刘绍军对比了美国大学与国内大学教授的背景。美国的材料系教授大多为物理和化学等理科背景出身，对基础性材料科学问题的研究很扎实。大学教育更注重培养学生提出和解决问题的科学思维能力；相比较，国内材料学科的教授大多是工科背景出身。在人才培养方面更多是往“工匠”的方向培养，缺少思考“为什么”。“只有具备扎实的专业基础和科学的思维方法，才能成为具有创新能力的人才。”
在“计划经济”思维层面，他分析道，材料的品种很多，但每个品种的量比较少，需要长期的技术积累过程，通过“计划”的方式来实现是比较难的。“这跟种庄稼一样，你现在问我要粮食，但我什么都还没种，怎么给得出来呢？”